Estudo do comportamento em fadiga de um tubo de aço microligado, grau API 5L X70

Abstract

This work focuses on a study on the fatigue behavior of a microalloyed steel API 5L X70, used in pipes lines to transport oil and gas. These types of steels have excellent mechanical resistance values and ductility and therefore increased their study driven by increased demand for oil and especially natural gas, which consequently raises the need to build new pipelines to transport these products. The oil extraction units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 to 30 years in the marine environment, a hostile environment for high pressure, corrosion, low temperatures and the stresses caused by the movement of water and tides. For analysis, the S-N (stress versus number of cycles) curves were obtained from data collected from bodies-of-proof cylindrical longitudinal, transverse and that one removed from the weld area of the pipe, tested in accordance with ASTM E466. Tensile tests were performed for characterizing the mechanical properties of the samples and welded joints, concluded that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructural material, also metallographic analysis was made of regions of the base metal and the HAZ. The results of fatigue tests demonstrated a higher life for the specimens removed from the longitudinal direction the pipe, followed by those in the transverse direction and, finally, the welded joint. The origins of the fatigue cracks were determined by scanning electron microscopy (SEM)

Este trabalho focaliza um estudo sobre o comportamento em fadiga de um aço microligado grau API 5L X70, utilizado em linhas dutoviárias para transporte de petróleo e gás. Estes tipos de aço apresentam excelentes valores de resistência mecânica e ductilidade e por isso aumentou seu estudo impulsionado pelo aumento da demanda de petróleo e especialmente gás natural que por consequência, eleva a necessidade de construção de novos dutos para o transporte destes produtos. As unidades de extração de petróleo, compostas pelos risers (dutos que ligam o poço de petróleo ao navio), são dimensionadas para permanecer instaladas por períodos de 20 a 30 anos e m ambiente marinho, um ambiente hostil pela alta pressão, corrosão, baixas temperaturas e pelos esforços causados pelo movimento das águas e marés. Para análise, foram obtidas as curvas S-N (tensão versus número de ciclos) através de dados coletados de corpos de prova cilíndricos longitudinais, transversais e retirados da região de solda do tubo, ensaiados em conformidade com a norma ASTM E466. Foram realizados ensaios de tração para caracterização das propriedades mecânicas das amostras e das juntas soldadas, e concluído que os valores obtidos atendem as especificações da norma API 5L. Para caracterizar microestruturalmente o material, também foi feita a análise metalográfica das regiões do metal-base e da ZTA. Os resultados obtidos nos ensaios de tração comprovaram o atendimento do material-base às especificações da norma API 5L. Os resultados dos ensaios de fadiga demonstraram maior vida para os corpos de prova retirados da direção longitudinal do tubo, seguido por aqueles na direção transversal e, por fim, os da junta soldada. As origens das trincas de fadiga foram determinadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV)